AC polovodičové zariadenia

Schematický diagram a dizajn striedavých polovodičových elektrických zariadení sú určené účelom, požiadavkami a prevádzkovými podmienkami. Vďaka širokému uplatneniu, ktoré bezkontaktné zariadenia nachádzajú, existuje široká škála možností ich implementácie. Všetky však môžu byť reprezentované zovšeobecneným blokovým diagramom, ktorý zobrazuje potrebný počet funkčných blokov a ich interakciu.

Obrázok 1 zobrazuje blokovú schému striedavého polovodičového zariadenia v unipolárnej konštrukcii. Zahŕňa štyri funkčne kompletné celky.

Napájací zdroj 1 s prvkami prepäťovej ochrany (RC-obvod na obrázku 1) je základom spínacieho zariadenia, jeho výkonného orgánu. Dá sa to robiť na báze iba riadených ventilov - tyristorov alebo pomocou diód.

Pri navrhovaní zariadenia na prúd prekračujúci prúdové limity jedného zariadenia je potrebné ich zapojiť paralelne.V tomto prípade je potrebné prijať špeciálne opatrenia na odstránenie nerovnomerného rozloženia prúdu v jednotlivých zariadeniach, ktoré je spôsobené nezhodnosťou ich prúdovo-napäťových charakteristík vo vodivom stave a rozdelením doby zapnutia.

Riadiaci blok 2 obsahuje zariadenia, ktoré vyberajú a pamätajú príkazy prichádzajúce z riadiacich alebo ochranných orgánov, generujú riadiace impulzy s nastavenými parametrami, synchronizujú príchod týchto impulzov na tyristorové vstupy s momentmi, keď prúd v záťaži prekročí nulu.

Obvod riadiacej jednotky sa stáva oveľa zložitejším, ak má zariadenie okrem funkcie prepínania obvodu regulovať napätie a prúd. V tomto prípade je doplnený o fázový riadiaci prístroj, ktorý zabezpečuje posun riadiacich impulzov o daný uhol vzhľadom na nulový prúd.

Blok snímačov pre prevádzkový režim prístroja 3 obsahuje meracie prístroje prúdu a napätia, ochranné relé na rôzne účely, obvod na generovanie logických príkazov a signalizáciu spínacej polohy prístroja.

Nútené spínacie zariadenie 4 kombinuje kondenzátorovú banku, jej nabíjací obvod a spínacie tyristory. V strojoch na striedavý prúd je toto zariadenie obsiahnuté iba vtedy, ak sa používajú ako ochrana (ističe).

Výkonová časť zariadenia môže byť vyrobená podľa schémy s antiparalelným zapojením tyristorov (pozri obrázok 1), na báze symetrického tyristora (triaku) (obrázok 2, a) a v rôznych kombináciách tyristorov a diód (obrázok 2, b a c).

V každom konkrétnom prípade by sa pri výbere možnosti obvodu mali brať do úvahy tieto faktory: parametre napätia a prúdu vyvíjaného zariadenia, počet použitých zariadení, dlhodobá zaťažiteľnosť a odolnosť proti prúdovému preťaženiu, stupeň zložitosti manipulácie s tyristorom, požiadavky na hmotnosť a veľkosť a náklady.

Obrázok 1 – Bloková schéma striedavého tyristorového zariadenia

Obrázok 2 – Napájacie bloky striedavých polovodičových zariadení

Z porovnania výkonových blokov na obrázkoch 1 a 2 vyplýva, že najväčšie výhody má schéma s antiparalelne zapojenými tyristormi, ktorá obsahuje menej zariadení, má menšie rozmery, hmotnosť, energetické straty a náklady.

Tyristory s jednosmerným (jednosmerným) vedením majú oproti triakom vyššie prúdové a napäťové parametre a sú schopné znášať výrazne väčšie prúdové preťaženie.

Tabletové tyristory majú vyšší tepelný cyklus. Preto je možné obvod využívajúci triaky odporučiť pre spínacie prúdy, ktoré spravidla neprekračujú menovitý prúd jedného zariadenia, to znamená, keď nie je potrebné ich skupinové pripojenie. Všimnite si, že použitie triakov pomáha zjednodušiť riadiaci systém napájacej jednotky, musí obsahovať výstupný kanál na pól zariadenia.

Schémy znázornené na obrázku 2, b, c znázorňujú možnosť navrhovania spínacích zariadení striedavého prúdu pomocou diód. Obe schémy sa dajú ľahko spravovať, ale majú nevýhody v dôsledku použitia veľkého počtu zariadení.

V obvode na obrázku 2, b, sa striedavé napätie zdroja energie konvertuje na plné vlnové napätie jednej polarity pomocou usmerňovača diódového mostíka. Výsledkom je, že iba jeden tyristor zapojený na výstupe usmerňovacieho mostíka (v uhlopriečke mostíka) bude schopný riadiť prúd v záťaži počas dvoch polcyklov, ak na začiatku každého polcyklu bude riadenie na jeho vstupe sa prijímajú impulzy. Obvod sa vypne pri najbližšom prechode záťažového prúdu nulou po zastavení generovania riadiacich impulzov.

Treba si však uvedomiť, že spoľahlivé vypínanie obvodu je zabezpečené len pri minimálnej indukčnosti obvodu na strane usmerneného prúdu. V opačnom prípade, aj keď napätie na konci polcyklu klesne na nulu, prúd bude naďalej pretekať cez tyristor, čo zabráni jeho vypnutiu. Nebezpečenstvo núdzového vypnutia obvodu (bez vypnutia) nastáva aj pri zvýšení frekvencie napájacieho napätia.

V obvode na obrázku 2 je záťaž riadená dvoma spolu spojenými tyristormi, z ktorých každý je ovládaný v opačnom smere neriadeným ventilom. Keďže pri takomto zapojení sú katódy tyristorov na rovnakom potenciáli, umožňuje to použitie jednovýstupových alebo dvojvýstupových riadiacich impulzných generátorov so spoločnou zemou.

Schematické diagramy takýchto generátorov sú značne zjednodušené. Okrem toho sú tyristory v obvode, na obrázku 2, c, chránené proti spätnému napätiu, a preto by sa mali zvoliť iba pre priame napätie.

Pokiaľ ide o rozmery, technické charakteristiky a ekonomické ukazovatele, zariadenia vyrobené podľa schém znázornených na obrázku 2, b, c sú nižšie ako spínacie zariadenia, ktorých obvody sú znázornené na obrázkoch 1 c, 2, a. Napriek tomu sú široko používané v automatizačných a reléových ochranných zariadeniach, kde sa spínací výkon meria v stovkách wattov. Predovšetkým ich možno použiť ako výstupné zariadenia tvarovačov impulzov na ovládanie tyristorových blokov výkonnejších zariadení.

Timofeev A.S.